聲學(xué)學(xué)科發(fā)展及課程體系設(shè)置的分析研究

1、聲學(xué)學(xué)科開(kāi)展及課程體系設(shè)置的分析研究聲學(xué)學(xué)科開(kāi)展及課程體系設(shè)置的分析研究聲學(xué)的起源可追溯到古代人類(lèi)對(duì)于聽(tīng)覺(jué)、語(yǔ)言、音樂(lè)等知識(shí)的認(rèn)識(shí)，直到19世紀(jì)中葉，逐漸開(kāi)展成為一門(mén)體系較為嚴(yán)密的學(xué)科，1877年英國(guó)物理學(xué)家瑞利所著的?聲學(xué)原理?就是一部總結(jié)經(jīng)典聲學(xué)理論的巨著1，并由此創(chuàng)始了現(xiàn)代聲學(xué)的先河。一、聲學(xué)的開(kāi)展概況世界上最早的聲學(xué)研究起始于音樂(lè)方面，中國(guó)先秦時(shí)就有情發(fā)于聲，聲成文謂之音之說(shuō)，對(duì)聲學(xué)的系統(tǒng)研究是從17世紀(jì)初伽利略研究單擺周期和物體振動(dòng)開(kāi)場(chǎng)的。2現(xiàn)代聲學(xué)同多種領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)的聯(lián)絡(luò)日益嚴(yán)密，形成了眾多的相對(duì)獨(dú)立的分支學(xué)科。從最早形成的建筑聲學(xué)、電聲學(xué)直到目前仍在討論的分子-量子聲學(xué)、等離子

2、體聲學(xué)和地聲學(xué)等，學(xué)科分支數(shù)目已超過(guò)20個(gè)，并且仍有新的分支在不斷產(chǎn)生。聲學(xué)不僅涉及包括生命科學(xué)在內(nèi)的幾乎所有主要的根底自然科學(xué)，還在相當(dāng)大的程度上涉及假設(shè)干人文科學(xué)。美國(guó)聲學(xué)學(xué)會(huì)把聲學(xué)分為已被公認(rèn)的18個(gè)主要分支學(xué)科，分屬于不少于12門(mén)自然科學(xué)，并擴(kuò)展到藝術(shù)領(lǐng)域。現(xiàn)代聲學(xué)具有極強(qiáng)的穿插性與延伸性，它與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的大局部學(xué)科發(fā)生了穿插，形成了一系列諸如水聲學(xué)、醫(yī)學(xué)超聲學(xué)、環(huán)境聲學(xué)、生物聲學(xué)等新型獨(dú)特的穿插學(xué)科方向，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中起著舉足輕重的作用。水聲學(xué)是近代聲納設(shè)計(jì)和海洋開(kāi)發(fā)的技術(shù)根底，所有的水下探測(cè)、通訊、導(dǎo)航、遙控等活動(dòng)都離不開(kāi)聲學(xué)?，F(xiàn)階段水聲學(xué)已不僅僅應(yīng)用于軍事上，在海洋開(kāi)發(fā)方面也

3、有廣泛的應(yīng)用，例如近海油氣田的數(shù)字地震勘探、失事飛機(jī)、海難救助的定位等。超聲及其應(yīng)用是近代聲學(xué)開(kāi)展中最為迅速的新興分支，超聲無(wú)損檢測(cè)、超聲醫(yī)療已在工業(yè)和生活方面普遍推廣。目前，高分辨的彩色B超所得到的圖像可與解剖圖媲美。次聲學(xué)的研究也有很好的應(yīng)用領(lǐng)域，次聲方法已成為偵察大氣中核爆本文由論文聯(lián)盟搜集整理炸的主要方法之一，利用次聲也可以預(yù)測(cè)許多自然災(zāi)害事件，如發(fā)生地震、火山爆發(fā)、暴風(fēng)雨之前都曾記錄到相伴隨的次聲波。電聲技術(shù)的開(kāi)展和近代通訊技術(shù)的開(kāi)展嚴(yán)密相關(guān)，當(dāng)前比擬熱門(mén)的研究主要集中在新概念揚(yáng)聲器。噪聲污染已與空氣污染、水的污染并列為人類(lèi)環(huán)境的三大污染，因此噪聲控制已成為各國(guó)所重視的解決環(huán)境問(wèn)題的

4、重要課題。對(duì)噪聲和振動(dòng)的研究還和國(guó)防親密相關(guān)，例如，火箭、導(dǎo)彈飛行時(shí)的振動(dòng)及其控制一直是衡量它們總體性能的重要指標(biāo)。多種消聲方法，包括減振、人為屏蔽、有源消聲等正在一些工業(yè)領(lǐng)域獲得應(yīng)用。建筑聲學(xué)的開(kāi)展和古代宮殿、教堂以及劇院的建筑有關(guān)，它為現(xiàn)代大型劇嘗大會(huì)堂的設(shè)計(jì)提供聲學(xué)指導(dǎo)，也為城市噪聲控制提供標(biāo)準(zhǔn)。在聲學(xué)開(kāi)展史中值得一提的還有生物聲學(xué)，20世紀(jì)初，美國(guó)生理學(xué)家葛拉姆包斯指出，蝙蝠會(huì)用喉頭發(fā)射超聲，而用耳朵接收回聲，因此可以在黑夜中飛行與捕食。語(yǔ)言自動(dòng)識(shí)別是人們多年的理想。歐姆提出了聲音是由許多頻率合成的概念;亥姆霍茲開(kāi)展了這一概念，采用諧振腔對(duì)語(yǔ)言進(jìn)展頻率分析3，從而奠定了語(yǔ)言聲學(xué)的基矗隨

5、著近代信息科學(xué)的開(kāi)展，語(yǔ)言合成、語(yǔ)言識(shí)別的理論得到迅速開(kāi)展，人機(jī)交互語(yǔ)言應(yīng)用系統(tǒng)正在成為研究的熱點(diǎn)。從聲學(xué)方向的開(kāi)展趨勢(shì)來(lái)看，筆者認(rèn)為主要表達(dá)在以下幾個(gè)方面：一在理論方面，經(jīng)典聲學(xué)與現(xiàn)代非線性數(shù)學(xué)和非線性物理相結(jié)合形成非線性聲學(xué)。研究有限振幅波的非線性聲學(xué)，已逐步構(gòu)成了日趨完好的現(xiàn)代聲學(xué)體系，非線性聲學(xué)是現(xiàn)代聲學(xué)及其應(yīng)用的根本出發(fā)點(diǎn)和根底，也是現(xiàn)代聲學(xué)最前沿的學(xué)科和學(xué)術(shù)領(lǐng)域。二聲學(xué)與海洋學(xué)的結(jié)合形成海洋聲學(xué)。聲波是目前唯一能在海水中遠(yuǎn)間隔 傳播的信息載體。在美國(guó)科技白皮書(shū)中，關(guān)于海洋高技術(shù)的研究?jī)?nèi)容、海洋聲學(xué)技術(shù)占有重要篇幅。目前海洋聲學(xué)技術(shù)的研究?jī)?nèi)容主要包括探測(cè)聲納、導(dǎo)航聲納、定位聲納、水聲

6、通信機(jī)和聲層析等技術(shù)。三聲學(xué)與光學(xué)、流體力學(xué)相結(jié)合形成聲致發(fā)光學(xué)。液體中的聲致發(fā)光主要有兩類(lèi)機(jī)理，分別是多泡聲致發(fā)光和單泡聲致發(fā)光。對(duì)聲空化與聲致發(fā)光的物理過(guò)程特性進(jìn)展理論描繪是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的前沿科學(xué)問(wèn)題。四聲學(xué)與現(xiàn)代信號(hào)處理和控制技術(shù)相結(jié)合形成噪聲控制學(xué)。噪聲控制學(xué)在將來(lái)的開(kāi)展具有很大的空間，有源噪聲與振動(dòng)控制技術(shù)是當(dāng)前噪聲控制技術(shù)中最先進(jìn)的研究方向和前沿?zé)狳c(diǎn)之一。二、國(guó)內(nèi)外一流聲學(xué)學(xué)科的開(kāi)展?fàn)顩r1956年同濟(jì)大學(xué)建成國(guó)內(nèi)第一個(gè)混響室和隔聲室，并建成遠(yuǎn)東最大的消聲室、標(biāo)準(zhǔn)混響及標(biāo)準(zhǔn)隔聲測(cè)試室，其研究方向主要包括檢測(cè)聲學(xué)、噪聲控制、建筑聲學(xué)、環(huán)境聲學(xué)四大專(zhuān)業(yè)方向。哈爾濱工程大學(xué)水聲工程學(xué)院是

7、在原水聲工程系、水聲研究所和水聲技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的根底上組建而成，是我國(guó)最早從事水聲工程教學(xué)和科研的單位之一。隸屬于該院的水聲工程專(zhuān)業(yè)是目前我國(guó)該領(lǐng)域唯一的重點(diǎn)學(xué)科，在水聲工程領(lǐng)域有著重要影響。西北工業(yè)大學(xué)聲學(xué)與信息工程系在原有教研室的根底上組建成立，以該系為主體的水聲工程學(xué)科曾被列入國(guó)防科工委十五重點(diǎn)建立規(guī)劃。海軍工程大學(xué)和青島潛艇學(xué)院都有從事聲納相關(guān)的研究。在強(qiáng)聲學(xué)方面，我國(guó)從事強(qiáng)聲學(xué)方面研究的單位不多，北京航空航天大學(xué)流體與工程實(shí)驗(yàn)室僅在十五期間，在流體強(qiáng)聲學(xué)方面開(kāi)展過(guò)一些研究，但他們主要從事航空發(fā)動(dòng)機(jī)的掩聲、降噪方面的研究工作。目前國(guó)防科技大學(xué)具有特色的流體強(qiáng)聲技術(shù)在全國(guó)處于領(lǐng)先地位

8、，研究方向涉及強(qiáng)聲物理和技術(shù)、非線性聲學(xué)、水聲物理以及強(qiáng)聲物理防護(hù)研究等。按教育部學(xué)科的分類(lèi)，該校建立了物理學(xué)一級(jí)學(xué)科下的聲學(xué)二級(jí)學(xué)科博士點(diǎn)4，目前該校聲學(xué)學(xué)科已躋身于湖南省重點(diǎn)學(xué)科之列。三、聲學(xué)相關(guān)課程的設(shè)置各個(gè)高校有關(guān)聲學(xué)的研究方向和課程設(shè)置并不一樣，有的差異還比擬大。在物理學(xué)中，通常把現(xiàn)代物理學(xué)包括在課程設(shè)置中，而聲學(xué)只包括在與信號(hào)處理、波傳播和某些非線性現(xiàn)象有關(guān)的局部課程之中。醫(yī)學(xué)、工程學(xué)和建筑學(xué)課程一般只是簡(jiǎn)單地提及聲學(xué)，或作為一門(mén)選修科目，常常不涉及根底和應(yīng)用研究。事實(shí)上，絕大局部聲學(xué)專(zhuān)門(mén)人才都已埋伏到高度專(zhuān)業(yè)化的領(lǐng)域進(jìn)展研究。目前，聲學(xué)主要研究方向包括物理聲學(xué)、非線性聲學(xué)、強(qiáng)聲學(xué)

9、、光聲信息科學(xué)與技術(shù)、光聲生物醫(yī)學(xué)成像與檢測(cè)、聲學(xué)微傳感器與探測(cè)技術(shù)、功能材料的光聲效應(yīng)、聲學(xué)超常介質(zhì)材料、超聲物理及聲人工構(gòu)造、超聲換能器、聲外表波與固體界面聲學(xué)、超聲電子學(xué)、醫(yī)學(xué)超聲、電聲學(xué)、水聲學(xué)、建筑聲學(xué)、通信聲學(xué)、噪聲控制等。其中，物理聲學(xué)是各分支的根底，它研究各種機(jī)械振動(dòng)的原理。近年來(lái)，非線性聲學(xué)也有引人注目的開(kāi)展。與這些研究方向相關(guān)的學(xué)科專(zhuān)業(yè)主要有電子與通信工程、信號(hào)與信息處理、傳播學(xué)、水聲工程、地質(zhì)工程、光學(xué)等。聲學(xué)的穿插學(xué)科問(wèn)題要求開(kāi)課單位在聲學(xué)相關(guān)課程設(shè)置時(shí)必須把物理理論及上述各穿插領(lǐng)域方面的專(zhuān)門(mén)課程都考慮進(jìn)去。在當(dāng)前聲學(xué)學(xué)科定位下，由于聲學(xué)的多學(xué)科性質(zhì)和在各研究領(lǐng)域中所到

10、達(dá)的專(zhuān)業(yè)化的程度不同，很難擬定出詳細(xì)的各研究方向都通用的聲學(xué)課程表。然而，即便聲學(xué)學(xué)科需要學(xué)習(xí)的課程所涉及的知識(shí)面比擬廣，為便于各個(gè)研究分支增進(jìn)互相理解，增加各分支間的互相協(xié)作，我們有必要構(gòu)建出一個(gè)符合群眾聲學(xué)根本要求的課程輪廓。筆者通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外一些高校的聲學(xué)學(xué)科調(diào)研，對(duì)聲學(xué)相關(guān)課程的設(shè)置歸納為數(shù)理基儲(chǔ)計(jì)算機(jī)及應(yīng)用、相關(guān)學(xué)科根底和聲學(xué)專(zhuān)業(yè)課四大類(lèi)，其中，數(shù)理根底大局部都是高等數(shù)學(xué)、普通物理、數(shù)學(xué)物理方法、理論物理等方面的根底課程;計(jì)算機(jī)及應(yīng)用方面一般包括計(jì)算機(jī)原理、算法語(yǔ)言及程序設(shè)計(jì)等;側(cè)重點(diǎn)不同的相關(guān)學(xué)科大都另外開(kāi)設(shè)了不同的根底課程，例如信號(hào)與信息處理學(xué)科一般會(huì)開(kāi)設(shè)現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理、信號(hào)處理中的數(shù)學(xué)方法等課程;聲學(xué)專(zhuān)業(yè)課主要有聲學(xué)基儲(chǔ)理論聲學(xué)、聲學(xué)實(shí)驗(yàn)等根底課程，具有聲學(xué)研究生專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)的高校和科研機(jī)構(gòu)，在研究生學(xué)習(xí)階段一般會(huì)開(kāi)設(shè)固體中聲場(chǎng)與波、非線性聲學(xué)、聲學(xué)進(jìn)展、計(jì)算聲學(xué)、聲輻射原理等專(zhuān)業(yè)課程。四、結(jié)論聲音無(wú)處不在，聲學(xué)是研究媒質(zhì)中機(jī)械波即聲波的科學(xué)，研究范圍包括聲波的產(chǎn)生、接收、轉(zhuǎn)換和聲波的各種效應(yīng)。5我國(guó)開(kāi)展聲學(xué)研究有較好的根底，聲學(xué)學(xué)科領(lǐng)域的研究要以應(yīng)用技術(shù)、應(yīng)用根底理論研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)為特點(diǎn)。國(guó)內(nèi)